Общие сведения. Одним из важных и сложных физических процессов, протекающих в зоне стружкообразования, является тепловыделение

Одним из важных и сложных физических процессов, протекающих в зоне стружкообразования, является тепловыделение. Практически вся ме- ханическая работа, затрачиваемая на срезание слоя металла, превращается в теплоту. Теплота образуется в результате пластического деформирования материала, трения стружки о переднюю поверхность инструмента и трения задних поверхностей инструмента о поверхности заготовки. Выделяющая- ся теплота нагревает стружку, обрабатываемую заготовку, инструмент и окружающую среду.

Изучение тепловых явлений, протекающих при резании металлов, имеет большое практическое значение. Тепло, возникающее в процессе ре- зания, влияет на стойкость инструмента, его износ, на качество обработан- ной поверхности, изменяет механические свойства материала заготовки и коэффициент трения на поверхностях инструмента, приводит к увеличе- нию или снижению сил резания. Нагрев инструмента и заготовки вызывает изменение их геометрических параметров, что влияет на точность разме- ров и форму обработанных поверхностей.

Мерой выделяемой при резании теплоты может служить температура резания, значения которой различны в разных точках зоны стружкообразо- вания. Усредненное значение этих температур на площадках контакта

1 1. Работа 1.6 проводится после проведения работы 1.5 «Экспериментальное определе- ние зависимости окружной составляющей силы резания Рz при точении от элементов режима резания»

инструмента со стружкой и заготовкой получило название температура резания, θ. Зная усредненную температуру, можно оценить интенсивность протекающих тепловых процессов, а также предсказать возможные энер- гетические затраты на резание и эксплуатационные характеристики обра- ботанной поверхности заготовки.

Широкое распространение среди методов измерения температуры резания получил метод естественной термопары. Схема его реализации при продольном точении изображена на рис. 1.33.

Рис. 1.33. Схема измерения температуры резания методом естественной термопары

Метод естественной термопары основан на возникновении термо- электродвижущей силы в месте контакта нагретых поверхностей заготов- ки 1 и резца 3, представляющих термопару, и зависимости электродвижу- щей силы от температуры нагрева контактирующих поверхностей. Изме- рение значения этой силы осуществляется гальванометром 4.

Показание гальванометра дает среднее значение электродвижущей силы, возбужденной на всех точках контакта поверхностей инструмента и заготовки, а, следовательно, характеризует некоторую усредненную по всем этим поверхностям температуру резания.

Для получения точных результатов обрабатываемая заготовка 1 должна быть изолирована от кулачков токарного патрона и от центра в задней бабке 2, а резец 3 – от резцедержателя. Изоляция используется для предотвращения влияния на полученный результат дополнительных

термопар, возникающих в местах контакта инструмента с заготовкой и частями станка. Вместе с тем, роль этих дополнительных паразитных тер- мопар при высокой температуре в зоне резания незначительна. Поэтому схема измерения, представленная на рис. 1.33 и использованная в даль- нейших экспериментах, упрощена за счет отказа от полной изоляции заго- товки и сохранения только изоляции резца.

Для реализации метода естественной термопары необходимо до про- ведения эксперимента произвести градуирование термопары «инстру- мент – заготовка» путем искусственного нагревания в электрической печи спая стержней из материалов резца и заготовки и установки в печь кон- трольной термопары. Результатом градуирования термопары становится градуировочный график, устанавливающий зависимость возникающей электродвижущей силы от средней температуры резания при определен- ных марках материала заготовки и инструментального материала. При смене материалов инструмента или заготовки градуирование должно по- вторяться вновь.

На рис. 1.34 представлены два графика, полученные С. С. Можаевым и Т. Г. Саромотиной путем градуирования термопар «твердый сплав (Т5К10, Т15К6) – сталь Ст 40» и в дальнейшей работе используемых для оценки температуры резания.

Рис. 1.34. Градуировочные графики термопар

«твердый сплав (Т5К10, Т15К6 – сталь Ст 40»